PENYISIHAN E.coli AIR SUMUR MENGGUNAKAN
RADIASI SINAR ULTRA VIOLET
Dhama Rakkito dan Yayok Surya. P
Progdi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
e-mail : dhamakancoet@gmail.com
ABSTRAK
Bakteri E.coli merupakan bakteri yang mengindikasikan adanya pencemaran air bersih. Penelitian ini bertujuan merancang suatu alat untuk menyisihkan bakteri E.coli, sehingga air sumur warga layak untuk keperluan sehari – hari. Proses fotolisis dengan variasi diameter reactor yaitu 2,5", 3", dan 4" dalam waktu pemaparan 20, 40, 60, 80, dan 100 menit akan digunakan untuk menyisihkan bakteri E.coli. proses fotolisis pada reactor ini menggunakan lampu ultra violet 10 watt, λ = 365 nm. Analisa data yang digunakan adalah korelasi antara penyisihan E.coli dengan proses fotolisis dan kombinasi variasi reactor. Hasil penyisihan E.coli mencapai 80 % dalam waktu pemaparan 100 menit pada reactor 2,5". Sedangkan pada proses fotolisis dalam waktu pemaparan 100 menit dengan reactor 3" penyisihan E.coli mencapai 79 %. Dan penyisihan E.coli mencapai 77 % dalam waktu pemaparan 100 menit pada reactor 4".
Kata kunci : E.coli - fotolisis - Intensitas UV - Variasi Reactor
ABSTRACT
E. coli is a bacteria indicating the presence of contamination in clean water. This research aims to design a tool to eliminate E. coli bacteria, so water well worthy citizens for the purposes of everyday. Photolysis process with variations in reactor diameter of 2.5 ", 3", and 4 "in the detention time 20, 40, 60, 80, and 100 minutes will be used to eliminate the bacteria E.coli. Photolysis process in this reactor using
ultraviolet light 10 watts, λ = 365 nm. analysis of the data used is the correlation
between the allowance of E.coli with photolysis process variations and combinations of reactors. E.coli preliminary results reached 80% in the detention time of 100 minutes in the reactor 2.5 ". Whereas in the photolysis of the detention time of 100 minutes with reactor 3" allowance of E.coli reached 79%. And the allowance of E.coli reach 77% in 100 minutes detention time at reactor 4 ".
PENDAHULUAN
Air bersih merupakan salah satu kebutuhan yang sangat mendasar bagi manusia karena di perlukan terus-menerus dalam kegiatan sehari-harinya untuk bertahan hidup. Air bisa dikatakan bersih dan sehat apabila air tersebut memenuhi syarat-syarat kesehatan baik kuantitatif maupun kualitatif sesuai dengan persyaratan kesehatan yang telah ditetapkan melalui peraturan menteri kesehatan.
Desinfeksi merupakan salah satu upaya untuk menghilangkan bakteri patogen yang terdapat dalam air. Dengan bertambahnya waktu, saat ini telah banyak ditemukannya jenis pengolahan air bersih. Salah satunya pengolahan air bersih untuk menghilangkan E.coli yakni dengan proses fotolisis (ultraviolet). Gambaran atau penjelasan singkat tentang teori ini adalah air dialirkan melalui tabung dengan lampu ultraviolet berintesitas tinggi sehingga bakteri terbunuh oleh radiasi sinar ultraviolet Menggunakan radiasi sinar ultraviolet ini tidak menimbulkan residu atau efek samping (Widiyanti dkk, 2004).
Tujuan penelitian ini adalah untuk Mengurangi jumlah bakteri E.coli yang terkandung dalam air sumur dan mengetahui efisiensi radiasi sinar ultra violet dengan variasi diameter reactor dalam menyisihkan bakteri E.coli.
TINJAUAN PUSTAKA Air
Air merupakan suatu zat yang sangat dibutuhkan, dimana semua makhluk hidup di muka bumi ini membutuhkan air. Adapun sumber-sumber air sebagai berikut (Sutrisno dkk, 2006) : Air laut adalah air yang mempunyai sifat asin, Karena mengandung garam NaCl. Air atmosfer adalah air dalam keadaan murni, sangat bersih, karena dengan
adanya pengotoran udara yang disebabkan oleh kotoran - kotoran industri debu dan lain sebagainya. Air permukaan adalah air hujan yang mengalir di permukaan bumi. Air tanah adalah air yang terdapat dalam lapisan tanah atau bebatuan di bawah permukaan tanah.
Escherichia coli (E.coli)
Escherichia coli adalah bakteri dalam kelompok Enterobacteriaceae yang bersifat gram negatif, anaerobik fakultatif, berbentuk batang, tidak membentuk spora, fermentatif dan biasanya bergerak dengan flagela peritrika. Koloni pada agar nutrien berbentuk bundar agak sedikit cembung tanpa pigmen, halus dengan pinggiran nyata. Bakteri E.coli mampu memfermentasikan laktosa dengan menghasilkan gas. Suhu optimum untuk
pertumbuhannya adalah 37 – 42oC. Koloni bakteri ini dapat bertahan dalam beberapa minggu dalam penyimpanan kultur pada suhu kamar dan dapat hidup beberapa bulan dalam tanah dan air. Beberapa keturunan akan mati dalam waktu 15 – 20 menit pada
suhu 60oC tetapi beberapa dari padanya mampu bertahan terhadap pasteurisasi
tertentu ke dalam sel dan hasil buangan ke luar sel.
Desinfeksi
Desinfeksi dapat diartikan sebagai upaya penghilangan atau pemusnahan mikroorganisme patogen yang bersifat selektif sehingga tidak semua mikroorganisme dapat dimusnahkan. Hal ini berbeda dengan sterilisasi, karena desinfeksi tidak digunakan untuk menghilangkan mikroorganisme patogen maupun nonpatogen yang berbentuk spora. Sedangkan sterilisasi merupakan penghilangan atau pemusnahan semua mikroorganisme yang terdapat dalam suatu zat (McCarthy, J.J. dan Smith, C.H., 1974 dalam Cahyonugroho, 2010).
Secara umum proses desinfeksi dapat dilakukan secara fisik dan kimiawi. Alternatif pada proses desinfeksi secara kimiawi biasanya mengunakan klor, ozon dan senyawa halogen. Sedangkan proses desinfeksi secara fisik dapat digunakan sinar ultraviolet, gelombang ultrasonik, ultrafiltrasi, reverse osmosis. Teknologi desinfeksi secara fisik tersebut yang sedang dikembangkan dan mendapatkan banyak kemajuan pada beberapa tahun terakhir ini.
Proses Fotolisis
Proses fotolisis adalah proses penyisihan E.coli hanya dengan menggunakan sinar, salah satunya adalah sinar ultra violet (Naimah dan Ermawati, 2011). Sistem ultraviolet menggunakan lampu merkuri tekanan rendah yang tertutup dalam tabung quarzt. Mekanisme dari proses fotolisis dengan menggunakan sinar ultra violet yaitu pada awalnya sinar ultra violet ini merusak viral genome yang selanjutnya merusak struktural pelindung virus. Radiasi sinar ultra violet merusak DNA mikroba yang menyebabkan dimerisasi thymine yang menghalangi replikasi
DNA dan efektif menginaktivasi mikroorganisme. Effisiensi desinfeksi dengan menggunakan sinar ultra violet tergantung pada jenis mikroorganisme.
Proses fotolisis menggunakan sinar ultra violet efisien untuk menginaktivasi bakteri dan virus pada air minum, tidak menimbulkan hasil samping senyawa karsinogenik atau hasil samping yang bersifat racun. Proses fotolisis ini juga tidak menimbulkan rasa dan bau dan reactor dengan menggunakan sinar ultra violet ini memerlukan ruang yang kecil. Namun perlunya pemeliharaan dan pembersihan lampu ultra violet secara berkala karena dapat terjadi pembentukan biofilm pada permukaan lampu (Idaman, 2007 dalam Rosariawari Firra, 2012).
Mekanisme Desinfeksi Menggunakan Ultraviolet
Radiasi ultraviolet merupakan suatu sumber energi yang mempunyai kemampuan untuk melakukan penetrasi ke dinding sel mikroorganisme dan mengubah komposisi asam nukleatnya. Absorbsi ultraviolet oleh DNA ( atau RNA pada beberapa virus) dapat menyebabkan mikroorganisme tersebut tidak mampu melakukan replikasi akibat pembentukan ikatan rangkap dua pada molekul-molekul pirimidin (Snider et al, 1991 dalam Cahyonugroho 2010). Sel yang tidak mampu melakukan replikasi akan kehilangan sifat patogenitasnya. Radiasi ultraviolet yang diabsorbsi oleh protein pada membran sel akan menyebabkan kerusakan membran sel dan kematian sel.
dapat berkembang biak. DNA yang tersusun dari rantai dasar nitrogen berupa purine dan pyrimidine dimana mengakibatkan terputusnya rantai hidrogen yang menghubungkan antara
thymine dan cytosine yang
mengakibatkan kerusakan DNA. Dosis UV yang diberikan dapat dihitung dengan perkalian antara intensitas poton yang diberikan dengan lamanya waktu pemaparan yang diberikan. Satuan yang digunakan adalah mJ/cm2. Dalam pengolahan menggunakan UV dikenal D10 yang didefinisikan sebagai
dosis yang dibutuhkan untuk mengurangi mikroorganisme hingga 90% dari total mikroorganisme dalam air yang diolah. Namun perlu diperhatikan bahwa beberapa mikroba khususnya bakteri memang mempunyai suatu sistem metabolik fungsional yang bervariasi dalam mekanisme untuk memperbaiki kerusakan asam nukleatnya (Jogger, 1967 dalam Cahyonugroho 2010). Adanya kemampuan mikroba untuk memperbaiki kerusakan selnya akan dapat mempengaruhi efisiensi prose desinfeksi. Namun, mekanisme reaktifasi mikroorganisme tersebut dapat diatasi dengan penggunaan dosis UV yang sesuai.
Tingkat inaktifasi mikroorganisme sangat tergantung pada dosis UV yang digunakan. Kinetika inaktifasi mikroorganisme pada desinfeksi menggunakan ultra violet dapat ditampilkan dalam persamaan berikut :
�
N : jumlah mikroorganisme yang hidup (jumlah/ml)
k: koefisien laju inaktifasi, cm2/mW.s I: Intensitas sinar ultra violet, mW/cm2 t: waktu paparan sinar ultra violet, detik
Persamaan diatas menggunakan beberapa asumsi, salah satunya adalah logaritma dari fraksi selamat terhadap waktu adalah linier. Namun dari hasil penelitian menunjukkan bahwa kinetic inaktifasi tidak linier terhadapwaktu. Hal ini disebabkan sifat resistensi mikroorganisme terhadap pemaparan sinar ultra violet (Idaman, 2007 dalam Rosariawari Firra, 2012).
METODE PENELITIAN Peralatan dan Bahan
Penelitian ini menggunakkan proses fotolisis dengan tiga variasi reactor. Tiga variasi reactor ini adalah reactor dengan diameter 2,5", reactor dengan diameter 3", dan reactor dengan diameter 4". Proses fotolisis adalah proses yang dilakukan dengan pemaparan sinar ultra violet. Dalam penelitian ini menggunakan bahan : air sumur, perlatan yang digunakan meliputi : 3 set reactor berbentuk tabung dan 3 lampuu UV dengan λ = 365 nm. Analisis mikrobiologi dalam penelitian ini dengan Metoda MPN
Prosedur Penelitian
1. Mengambil air sampel secukupnya dan menuangkan masing-masing 1,1 liter dalam reactor 2,5", 1,6 liter dalam reactor 3" dan 2,5 liter dalam reactor 4".
2. Menyalakan lampu ultra violet pada masing-masing reactor, tunggu sampai waktu pemaparan yang telah ditentukan.
3. Mengambil sampel secukupnya dengan membolak balikan reactor terlebih dahulu dengan tujuan kandungan yang ada di dalam tabung dalam penelitian ini digunakan untuk menyisihkan E.coli dengan proses fotolisis. Proses fotolisis adalah proses yang dilakukan dengan pemaparan sinar ultra violet. Sinar ultra violet yang digunakan pada penelitian ini adalah lampu UV 10 watt dengan panjang gelombang 365 nm. Dalam hal ini digunakan 3 reactor yang masing – masing memiliki diameter atau volume yang berbeda. Reactor yang pertama berdiameter 2,5" dengan kemampuan menampung air sebanyak 1,1 liter. Reactor yang kedua berdiameter 3" dengan kemampuan menampung air sebanyak 1,6 liter. Dan Reactor yang terakhir berdiameter 4" dengan daya tampung air sebanyak 2,5 liter. Bahan dasar dari reactor ini terbuat dari pipa air berwarna abu – abu yang bertujuan agar pendar sinar ultra violet dalam alat tersebut tidak terpancar keluar, karena dapat mempengaruhi efisiensi pemaparan sinar ultra violet dalam menyisihkan E.coli.
Rangkaian reactor berbentuk tabung
Dari gambar alat di atas terlihat bahwa proses dilakukan secara bersamaan dalam waktu lebih dari 5 jam yang bertujuan untuk mencegah berkembangnya bakteri E.coli. Proses yang dilakukan pada alat ini adalah dengan proses batch dengan volume yang berbeda pada tiap reactor dan dalam variasi waktu pemaparan 20, 40, 60, 80 dan 100 menit.
pemaparan 100 menit juga terdapat kenaikan yang cukup banyak pada jumlah bakteri E.coli sebanyak 54 MPN/100ml menjadi 1822 MPN/100ml air sampel. Pada penelitian lain diketahui bahwa kandungan bakteri E.coli awal pada air sumur perkotaan tidak sebesar sampel awal yang terlihat pada Tabel diatas. Ini disebabkan karena lokasi pengambilan sempel tepat berada di dekat sungai dan toilet umum yang sangat mempengaruhi berkembangnya bakteri E.coli secara signifikan.
Pengaruh waktu pemaparan dan variasi diameter reactor terhadap jumlah E.coli
Tabel 2 Pengaruh waktu pemaparan dan
variasi diameter reactor terhadap
jumlah E.coli pada air sumur.
Hasil analisis jumlah E.coli dan jumlah E.coli yang bertahan hidup pada air sumur jelas terlihat pada Tabel 2. Perbedaan jumlah E.coli awal pada setiap proses dikarenakan adanya perubahan suhu dari media tambahan yaitu batu es yang lama kelamaan mencair. Tabel 2 juga menunjukkan bahwa proses fotolisis dengan menggunakkan lampu ultra violet dan reactor yang bervariasi dapat mempengaruhi penyisihan E.coli. Kombinasi proses fotolisis dengan reactor 2,5" mampu menyisihkan E.coli lebih baik dibandingkan dengan reactor 3" dan 4". Hal ini ditunjukkan bahwa jumlah bakteri yang bertahan hidup pada reactor 2,5" sampai menit ke 100
lebih sedikit dibandingkan dengan reactor 3" dan 4".
Pengaruh waktu pemaparan dan variasi diameter reactor terhadap persen penyisihan E.coli
Tabel 3 Pengaruh waktu pemaparan dan variasi diameter reactor
terhadap persen
penyisihan E.coli pada air sumur.
Tabel 3 menunjukkan bahwa proses fotolisis dengan reactor 2,5" dapat menyisihkan E.coli hingga 80% pada waktu pemaparan 100 menit. Begitu juga pada reactor 3" dan 4" yang menunjukkan penurunan sedikit lebih rendah dari reactor 2,5" yakni 79 % dan 77 %. Hal ini disebabkan karena diameter dari reactor 2,5" lebih kecil atau bisa dikatakan jarak lampu lebih dekat dengan dinding dalam reactor.
Pengaruh waktu pemaparan (menit ) terhadap jumlah bakteri E.coli
Gambar 1 Hubungan antara waktu pemaparan dengan jumlah E.coli
pada berbagai diameter reactor.
Gambar 1 menunjukkan bahwa pada proses fotolisis dengan kombinasi variasi diameter reactor 2,5" memperlihatkan jumlah E.coli yang semakin menurun dari menit ke 20 sampai menit ke 100. Penurunan tersebut sangat signifikan dibanding kedua reactor yang lain karena jelas terlihat pada menit ke 100 dapat menyisihkan bakteri E.coli sebanyak 1458 MPN/100ml, tersisa 364 MPN/100ml dari jumlah awalnya 1822 MPN/100ml. Sedangkan pada reactor dengan variasi diameter 3" dari menit ke 20 sampai menit ke 100 hanya dapat menyisihkan bakteri E.coli sebanyak 1446 MPN/100ml, tersisa 376 MPN/100ml dari jumlah awalnya 1822 MPN/100ml. Dan pada reactor dengan variasi diameter 4" dari menit ke 20 sampai menit ke 100 hanya dapat menyisihkan bakteri E.coli sebanyak 1411 MPN/100ml, tersisa 411 MPN/100ml dari jumlah awalnya 1822 MPN/100ml. Dari pernyataan di atas membuktikan bahwa waktu pemaparan sangat berpengaruh terhadap penurunan bakteri E.coli dimana semakin lama waktu untuk memaparkan sinar ultra voiolet maka akan semakin menurun pula jumlah E.coli yang terkandung dalam air.
Pengaruh waktu pemaparan
terhadap persen penyisihan E.coli
dalam variasi diameter reactor
Gambar 2 Hubungan antara waktu pemaparan dengan penyisihan
E.coli (%) pada berbagai diameter reactor.
Pada Gambar 2 dapat dijelaskan bahwa semakin lama waktu pemaparan sinar ultra violet pada proses fotolisis maka persen penyisihan E.coli juga semakin meningkat. Pada proses fotolisis dengan reactor 2,5" penyisihan E.coli mencapai 80 % dalam waktu pemaparan 100 menit. Hal ini menunjukkan bahwa proses fotolisis dengan reactor 2,5" lebih efisien menyisihkan E.coli dibandingkan proses fotolisis dengan reactor 3" yang hanya menyisihkan E.coli 79 % dalam waktu pemaparan 100 menit dan proses fotolisis dengan reactor 4" yang hanya menyisihkan E.coli sebanyak 77 % dalam waktu pemaparan 100 menit.
Pengaruh diameter reactor terhadap persen penyisihan E.coli dalam variasi waktu pemaparan
Variasi diameter reactor yang digunakan dalam penelitian ini adalah reactor dengan diameter 2,5", 3" dan 4", terbuat dari pipa air berwarna abu – abu yang bertujuan agar pendar sinar ultra violet dalam alat tersebut tidak terpancar keluar, karena dapat mempengaruhi efisiensi pemaparan sinar ultra violet dalam menyisihkan E.coli. Persen penyisihan ketiga variasi reactor ini ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3 Hubungan antara diameter
(%) dalam variasi waktu pemaparan.
Hasil penelitian menunjukkan adanya selisih antara penyisihan E.coli dengan variasi diameter reactor 2,5", penyisihan E.coli dengan variasi diameter reactor 3" dan penyisihan E.coli dengan variasi diameter reactor 4". Terlihat pada gambar 4.4 yang menunjukkan bahwa proses fotolisis dengan reactor 2,5" lebih efisien dalam menyisihkan E.coli yakni 80 % penyisihan dalam waktu 100 menit. Ini disebabkan oleh pengaruh diameter reactor 2,5" lebih kecil atau bisa dikatakan jarak lampu lebih dekat dengan dinding dalam reactor. Dimana semakin dekat jarak lampu dengan keliling reactor dan waktu pemaparan yang cukup maka semakin efisien pula radiasi sinar ultra violet dalam membunuh E.coli. Selisih 1% dengan penyisihan E.coli menggunakan variasi diameter reactor 3" yang dapat menyisihkan E.coli 79 % dalam waktu 100 menit dan selisih 3% dengan penyisihan E.coli menggunakan variasi diameter reactor 4", 77 % dalam waktu 100 menit.
KESIMPULAN
Berdasarkan dari hasil penelitian yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa :
1. Lampu ultra violet yang dikombinasikan dengan Reactor dapat digunakan untuk menyisihkan bakteri E.coli dengan proses fotolisis atau pemaparan sinar ultra violet.
2. Penyisihan E.coli pada Reactor dengan variasi diameter 2,5" mencapai 80 % dengan waktu pemaparan 100 menit. Persen penyisihan E.coli pada Reactor dengan variasi diameter 3" mencapai 79 % dengan waktu pemaparan 100 menit. Sedangkan
persen penyisihan E.coli pada Reactor dengan variasi diameter 4" mencapai 77 % dengan waktu pemaparan 100 menit.
3. Proses fotolisis ini dapat menyisihkan E.coli secara efisien dimana semakin dekat jarak lampu dengan keliling reactor dan waktu pemaparan yang cukup, maka semakin besar pula efisiensi radiasi sinar ultra violet dalam membunuh E.coli.
DAFTAR PUSTAKA
Astari Rahmita dkk, 2010 : “Kualitas Air dan Kinerja Unit Pengolahan di Instalasi
Pengolahan Air Minum ITB”
Program Studi Teknik Lingkungan, ITB.
Cahyonugroho Okik Hendriyanto, 2010 : “ pengaruh intensitas sinar ultraviolet dan pengadukan terhadap reduksi jumlah bakteri e.coli” Progdi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur.
Irfan, 2011 : “Karakteristik Bakteri : Pseudomonas airuginosa, E.coli, Sarkina, Proteus vulgaris, Bacillus Subtilis,
Setaphylococcus Aureus” 20 Desember 2012.
Ir. C. Sutrisno Totok dkk, 2006 :
Universitas Islam Negeri Malang.
Lepiyantoagil, 2012 : “Bakteri Colifrom
Fekal” 12 Mei 2012.
Mariana M Christina dkk, 2012 : “Perancangan Sistem Pengolahan Air Hujan Dengan Menggunakan teknologi
Membran Dan Lampu
Ultraviolet Serta
Penerapannya Dalam Kehidupan Sehari-hari“ Departemen Fisika, Institut Pertanian Bogor.
Rosariawari Firra, 2012 : “Proses Fotokatalisis untuk Penyisihan E.Coli dengan kombinasi TiO2,
Karbon Aktif dan Sinar UV” Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.
Slamet, Agus dkk, 2000 “Modul Satuan
Proses”, Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabya, Surabaya.
Tetuko Anggito.P dkk, 2010 :
“Pembuatan Unit Pengolahan
Air Kotor Mobile Menjadi Air Bersih Dan Layak Minum Dengan Kapasitas 10
Liter/Menit”. Pusat Penelitian Fisika-LIPI, Kawasan Puspiptek Serpong Tangerang. Widiyanti Ni Luh Putu Manik, 2004 :
“Analisis Kualitatif Bakteri Koliform Pada Depo Air Minum Isi Ulang Di Kota
Singaraja Bali” Jurusan Pendidikan Biologi, IKIP
